使用光学倍频丈量光学分频器的分频精度(用光学分频器(OFD)树立了1064 nm激光与532 nm激光的频率联系:f,用光学倍频器(SHG)树立了532 nm激光与第二台1064 nm激光的联系:f/0.5,通过丈量两个1064 nm激光的拍频频率,可以准确丈量光学分频器的分频数R
数字分频器已广泛地使用在日常日子、高科技和科学研讨中。它可以对输入信号在音频至微波波段的频率(fin)进行除法运算,使输出信号的频率准确为fin/R,并高保真地将输入信号的相位、频率稳定性和精度都传递给输出信号。
自激光诞生以来,科学家一直在探究如安在光学波段建成相同的分频器,即光学分频器。在很长一段时刻内,人们只能使用非线性效应完成特定比值的光学频率转化,如光学倍频能完成fout= fin/0.5的光学频率转化,但还不能在光学波段完成恣意数的分频。光学频率梳的发明为树立光学分频器铺平了路途。
2003年华东师范大学(ECNU)精细光谱科学与技能国家重点实验室联合美国规范技能国家实验室(NIST)和世界计量局(BIPM)在美国展开了四台光学频率梳的世界比对研讨,初次证明用光学频率梳对光学频率的分频不确认度可到达10-19(Long-Sheng Ma, et al. Science 2004; 303: 1843)。通过12年的尽力,ECNU的研讨小组霸占多项关键技能,并奇妙地将它们组合起来,建成了一种新式的光学分频器。该光学分频器能对输入光的频率fin进行恣意数R的分频,使输出光的频率准确为fin/R,其功能与微波数字分频器相同。因为采用了自参阅频率基准技能,它不再需求精度远低于光钟的微波频率基准(如氢原子钟),也不用通过准确丈量输入和输出光的频率来确认它们的分频数,因而它具有更高的分频精度。通过与非线性光学倍频器(分频数严厉等于0.5的光学分频器)进行比对丈量,即比对两种作业原理彻底不同的分频器,证明该光学分频器的分频不确认度可到达10-21。而且,该光学分频器能完成多个通道一起分频,可一起丈量多个不同光学频率之间的比值。
光学分频器是展开原子光钟使用研讨必不可少的关键技能。近十年原子光钟研讨取得了令人瞩目的研讨成果,它的不确认度已到达10-18,逾越了微波原子钟,并向更高的精度推动。如此高精度的原子光钟拓荒了许多重要的使用领域:如通过丈量不同光钟之间的频率比值,可探究精细结构常数是否随时刻而改变;在测地学中,将光钟频率准确地转化到光纤通讯波段,通过丈量由光纤衔接的、坐落不同地址的光钟频率的相对改变能研讨重力势的改变,然后反映地貌的变化状况;在计量学中,时刻基本单位“秒”有望由光钟从头界说,为此需求在不同光钟之间进行频率比对研讨,以证明光钟频率有更好的精度和复现性;而在原子分子光谱学中,需求将光钟频率精细转化到其他光频谱规模,来提高精细光谱的丈量精度。这些使用都需求在不同光钟之间完成光学频率转化,包含将光钟频率准确地转化到其他光学波段或光纤通讯波段,且在频率转化过程中准确地知道输入与输出光学频率的比值。